DE852869C - Demodulationsschaltung fuer frequenzmodulierte Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung· bezieht sich auf eine Schaltung zum Demodulieren einer frequenzmodulierten Schwingung mit gleichzeitiger Unterdrückung einer etwaigen Amplitudenmodulation dieser Schwingung. Diese Schaltung enthält einen Amplitudenmodulator, dem die zu demodulierende Schwingung zugeführt wird, und wenigstens zwei Amplitudendetektoren, die über frequenzabhängige Impedanzvierpole mit dem Ausgang des Amplitudenmodulators gekoppelt sind, wobei die Ausgangsschwingung eines Amplitudendetektors, gegebenenfalls nach erfolgter Verstärkung, z. B. Reflexverstärkung, dem erwähnten Amplitudenmodulator als Modulationsspannung in einem etwaigen Amplitudenänderungen der zu demodulierenden Schwingung entgegengesetzten Sinne zugeführt wird, und der Ausgang des anderen Amplitudendetektors bzw. der Gegentaktausgang zweier anderer Amplitudendetektoren die demodulierte Schwingung liefert.

Solche Schaltungen sind bereits vorgeschlagen worden. Die Erfindung bezweckt, eine Verbesserung dieser Schaltungen zu schaffen, wobei mit einem Minimum an Schaltelementen eine verzerrungsfreie Demodulation erhalten werden kann.

Nach der Erfindung sind zu diesem Zweck die Übertragungsimpedanzen Z₁ und Z₂ (und gegebenenfalls Z₁') der erwähnten Impedanzvierpole

derart bemessen, daß in der |*Jähe der zentralen Frequenz der zu demodiulierenden Schwingungen der

Ausdruck

Z,

oder gegebenenfalls V

1 I

eine lineare Funktion der Frequenz ω oder der Verstimmung β ist.

Die Erfindung wird an Hand des Prinzipschemas

nach Fig. ι und mehrerer Ausführungsbeispiele von Impedanzvierpolen Z₁ und Z₂ nach den Fig. 2,

ίο 4, 6, 7 und 8 mit erklärenden Kurven nach den Fig. 3 und 5 erläutert.

In Fig. ι ist mit ι eine Amplitudenmodulatorröhre mit einem Eingangskreis 2 bezeichnet, über den eine frequenzmodulierte Schwingung fm dem Gitter dieser Röhre zugeführt wird.

Der Ausgangsstrom i der Rohre 1 fließt nacheinander durch zwei Impedanzvierpole mit Über-

V₁ V₂

tragungsimpedanzen Z₁ = —— bzw. Z₂ = —— ,

deren Sekundärspannungen V₁ und V₂ mittels Amplitudendetektoren D₁ und D₂ demoduliert werden. Die Ausgangsspannung V₁ des Demodulators D₁ ergibt das demodulierte Niederfrequenzsignal // und diejenige des Demodulators D₂ regelt, z. B.

nach erfolgter Verstärkung in der Röhre 3, die Steilheit der Röhre 1 in einem eäner etwaigen Amplitudenmodulation der Eingangsschwingung fm entgegengesetzten Sinne. An Stelle einer getrennten Röhre 3 zur Verstärkung der Regelspannung kann auch eine Reflexverstärkung, wie sie bereits vorgeschlagen wurde, oder eine andere schon vorgeschlagene wirksame Gegenmodulationsschaltung Anwendung finden.

Die Ausgangsspannung V₂ des Vierpols Z₂ wird von dieser Gegenmodulation der Schwingung fm praktisch konstant gehalten werden. Etwaige ungewünschte Amplitudenänderungen der Eingangsschwingung/tn der Röhre 1 werden auf diese Weise um wenigstens einen Faktor 20 unterdrückt.

Frequenzänderungen der Eingangsschwingungen fm aber würden, wenn die Amplitude des Anodenstromes i der Röhre 1 konstant wäre, an den Sekundärklemmen des Vierpols Z₂ eine Änderung der Spannung V₂ proportional zum Modul | Z₂ | der Impedanz Z₂ bewirken. Infolge der Gegenmodulation muß sich daher die Amplitude des Anodenstromes i in proportionalem Verhältnis zu r

ändern.

Das demodulierte Signal // weist daher die Gestalt 1 5^ ι

—τ auf. Dieser Ausdruck muß nach der Er-

findung um die zentrale Frequenz ω₀ der zu demodulierenden Schwingungen in linearem Verhältnis von Frequenzänderungen Δ ω abhängig sein.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 besteht der Impedanzvierpol Z₁ aus den auf die zentrale Frequenz der zu demodulierenden Schwingungen abgestimmten gekoppelten Kreise 4 und 5, und der Impedanzvierpol Z₂ besteht aus dem Kreis 6, dessen Abstimmfrequenz ω₂ von der zentralen Frequenz um einen Betrag von 1,5 bis 3 X den Frequenzhub der zu demodulierenden Schwingungen abweicht.

Wenn der Resonanzwiderstand des Kreises gleich R₂, die Kreisqualität Q₂ und die Verstimmung gegenüber der zentralen Frequenz ω₀ der zu' demodulierenden Schwingungen gleich

0 _ ^ω2 ω₀ Pi —

(W₀ CO₂

gesetzt wird, so ergibt sich
7 _ ^2

Z, η

QzßjL

R,

I

- Ql (A

02 A

■ßr

Δ ω

ι

CO₀ ß₂

Bei dieser Ableitung sind die Verzerrungsglieder der zweiten und höheren Harmonischen nicht berücksichtigt. Bei einer Nachrechnung dieser Verzerrungsglieder ergibt sich z. B. bei einer Kreisqualität Q₂= 100 und einer Verstimmung gegenüber der zentralen Frequenz ß₂ = 0,03, daß die zweite Harmonische 1,2 X dem relativen Fre-

quenzhub

Δ co

um die zentrale Frequenz beträgt.

Diese Verzerrung wird aber wesentlich vergrößert, je mehr sich die Augenblicksfrequenz der Abstimmfrequenz ω₂ des Kreises 6 nähert.

Diese zweite harmonische Verzerrung wird nach der Erfindung dadurch unterdrückt, daß die Kreise des Bandfilters 4, 5 etwas geringer als kritisch gekoppelt werden. Bei den obenerwähnten Zahlenwerten ergibt sich z. B., daß die Kopplung 0,98 der kritischen Kopplung, d. h. kQ = 0,98 betragen muß, wo k den Kopplungsfaktor und Q die Kreisqualität der Kreise 4, 5 darstellt. Die Impedanzkennlinien sind in Fig. 3 dargestellt.

Eine einfache und leicht einstellbare Korrektur der zweiten Harmonischen kann auch mittels eines Widerstandes r erhalten werden, der in Reihe mit dem Kreis 6 die Impedanz Z₂ bildet. Bei den obenerwähnten Zahlenwerten ergibt sich, daß dieser Widerstand r = 0,045 R₂ betragen muß, um die zweite Harmonische zu unterdrücken, vorausgesetzt, daß das Bandfilter 4, 5 dann keine zweite Harmonische einleitet. no

Dadurch, daß bei dieser Schaltung das Bandfilter 4, 5 um einige Prozent überkritisch gekoppelt wird und der Widerstand r noch etwas größer gewählt wird, kann sowohl die zweite als auch die dritte Harmonische eines breiten Frequenzbereiches völlig unterdrückt werden.

In den Fig. 4 und 6 sind Schaltungen mit einer Demodulationskurve dargestellt, welche genau linear mit der Verstimmung

ο _ω J^ _ Δ ω I' __ Δ ω ^{χ lao}

(Do \

CO₀

2ω\

verläuft.

Die Schaltung nach Fig. 4 besitzt zu diesem Zweck einen neben der zentralen Frequenz abgestimmten Kreis 6 mit einer Verstimmung β und

einen Widerstand r, welche durch Transformatoren 9 und io mit dem Kreis gekoppelt sind, durch den der Strom i fließt. Der Wert des Widerstandes r ist bei gleichem Transformationsverhältnis gleich dem Resonanzwiderstand R₂ des Kreises 6.

Der Kreis 6 mit dem Transformator io bildet dabei die Impedanz Z₂, und die Impedanz Z₁ wird von der Difterenzschaltung des Kreises 6 mit dem Transformator io und des Widerstandes r mit dem Transformator 9 gebildet. Bei einem Transformationsverhältnis ι : ι der Transformatoren 9 und 10 ergibt sich daher:

₇ _ R2 , _ - JrQ₂ (ß - ft)

+ JQ₂ (ß - ß₂)

iQtiß —

7 _ ^2

- -und --L₁- = Q (ß-,

-ft)

womit daher nach Fig. 5 die Demodulationskennlinie übereinstimmt, die genau linear in β ist. Als Funktion der Frequenz betrachtet, ergibt diese Demodulationskennlinie noch etwas Verzerrung, welche aber in jedem Punkt der Kennlinie gleichwertig ist und daher gegebenenfalls im Niederfrequenzkanal ausgeglichen werden kann. Dadurch, daß dem Widerstandr ein um etwa 3o°/o abweichender Wert gegeben wird, oder besser dadurch, daß nach Fig. 6 die Impedanz Z₂ aus dem Kreis 6 und einem kleinen Bruchteil (etwa 5°/o) des Widerstandes r besteht, kann diese Verzerrung wieder über einen weiten Bereich beseitigt werden.

Statt bei den Schaltungen nach den Fig. 2 und 4

einen einzigen Kreis 6 zu verwenden, der neben der zentralen Frequenz ω₀ abgestimmt ist, kann die Impedanz Z₂ auch aus einem Bandfilter mit auf die zentrale Frequenz oj₀ abgestimmten Kreisen aufgebaut werden, wobei der Primärkreis vom Strom i durchflossen wird und die Ausgangsspannung V₂ von der Summe oder der Differenz der Spannungen über die Primär- und Sekundärkreise des Bandfilters gebildet wird; bei kritischer Kopplung ist die Spannung V₂ ganz einem einzigen verstimmten Kreis gleichwertig.

In Fig. 7 wird gleichfalls ein Bandfilter mit zwei auf die zentrale Frequenz ω₀ abgestimmten gekoppelten Kreisen 11 und 12 verwendet, wobei aber die Impedanz Z₂ vom Sekundärkreis 12 und die Impedanz Z₁ von der Summen- oder Differenzschaltung der beiden Kreisen und 12 gebildet wird.

Aus der Berechnung geht hervor, vorausgesetzt, daß die Kreisqualitäten Q der Kreise gleich sind:

Z₁

kQ

was wieder eine nahezu lineare Demodulationskennlinie bedeutet.

Um nach der Erfindung die verbleibende geringe zweite Harmonische auszugleichen, wird die Schaltung nach Fig. 7 in Gegentakt ausgebildet. Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer solchen Schaltung in Verbindung mit einer Begrenzerschaltung einer bereits früher vorgeschlagenen Art. Die frequenzmodulierte Schwingung wird über einen Eingangskreis einer Verstärkerröhre 21 zugeführt, deren Ausgangsstrom über eine mit dem Primärkreis 11 gekoppelte Spule 22 dem gemäß Fig. 7 ausgebildeten Bandfilter 11, 12 zugeführt wird. Die Mitte des Kreises 11 wird mit der Oberseite oder mit einer Anzapfung des Kreises 12 verbunden. Der Kreis 12 allein stellt dabei wieder die Impedanz Z₂ dar, und die beiden Impedanzen, nämlich Z₁ und Z₁', werden von der Differenz- bzw. der Summenschaltung des Kreises 12 und des halben Kreises 11 gebildet.

Über ein Filter 14 mit kleinerer Zeitkonstante und geringerem Widerstand entsteht nach der Amplitudendemodulation der Ausgangsspannung V₂ des Impedanzvierpols Z₂ eine Amplitudenmodulationsregelspannung ame, welche in der Röhre 21 in Reflex verstärkt wird, worauf die über dem Filter auftretende verstärkte Spannung die Steilheit der Röhre 1 steuert. Über dem Filter 15 mit größerer Zeitkonstante und größerem Widerstand entsteht eine Spannung avc für selbsttätige Lautstärkeregelung. Die Spannungen über den Impedanzen Z₁ und Z₁' werden mittels der Gleichrichter und 24 und des Demodulationsfilters 25, über welchem daher die demodulierte Schwingung // auftritt, in Gegentakt demoduliert.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Schaltung zur Demodulation einer frequenzmodulierten Schwingung mit gleichzeitiger Unterdrückung einer etwaigen Amplitudenmodulation dieser Schwingung nach Patent 809 672, welche einen Amplitudenmodulator, dem die zu demodulierende Schwingung zugeführt wird, und wenigstens zwei Amplitudendetektoren enthält, die über frequenzabhängige Impedanzvierpole Z₁ bzw. Z₂ mit dem Ausgang des Amplitudenmodulators gekoppelt sind, wobei die Ausgangsschwingung des einen Amplitudendetektors, etwa nach erfolgter Ver-Stärkung, z. B. nach Reflexverstärkung, als Modulationsspannung dem erwähnten Amplitudenmodulator in einem etwaigen Amplitudenänderungen der zu demodulierenden Schwingung entgegengesetzten Sinne zugeführt wird, und der Ausgang des anderen Amplitudendetektors bzw. der Gegentaktausgang zweier anderer Amplitudendetektoren die demodulierte Schwingung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsimpedanzen Z₁ und Z₂ (und gegebenenfalls Z₁') der erwähnten Impedanzvierpole derart bemessen sind, daß in der Nähe der zentralen Frequenz der zu demodulierenden

   Schwingungen der Ausdruck-r—h-l oder gegebe-

   ^2 V X20

   1 jj ι \Z ' \ \

   nenfalls — ^l -,— ^!—) eine lineare Funktion der

   Frequenz oj oder der Verstimmung β ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsimpedanz Z₁ aus einem auf die zentrale Frequenz der zu

   demodulierenden Schwingungen abgestimmten Bandfilter und die Ubertragungsimpedanz Z₂ aus einem gegenüber der zentralen Frequenz verstimmten Kreis oder einem ihr äquivalenten selektiven Netzwerk besteht.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit diesem Kreis ein Widerstand liegt, mit dessen Hilfe die zweite und gegebenenfalls die dritte Harmonische in der Demodulationskennlinie unterdrückt wird.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz Z₁ aus der Differenzschaltung eines gegenüber der zentralen Frequenz verstimmten Kreises oder eines ihm äquivalenten selektiven Netzwerkes und eines Widerstandes besteht, und die Impedanz Z₂ praktisch nur aus diesem Kreis oder dem selektiven Netzwerk besteht.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 1, welche einen Gegentäktfrequenzdemodulator mit auf die zen- · trale Frequenz der zu demodulierenden Schwingungen abgestimmten gekoppelten Kreisen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen Z₁ und Z₁' von der Summen- bzw. der Differenzschaltung des Sekundärkreises und der Hälfte des Primärkreises und die Impedanz Z₂ vom Sekundärkreis allein gebildet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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